THIẾT kế hệ THỐNG điện mặt TRỜI áp mái 1 MWP

Đồ án: Thiết kế hệ thống lượng mặt trời GVHD: Th.S Trần Thế Tùng ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI MWP SVTH: Tạ Nguyên Bảo MSSV: 1610196 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01/2021 LỜI CẢM ƠN Quãng thời gian đại học quãng thời gian khó khăn chúng em sau 12 năm học trường Bách Khoa nơi thử thách đầy sức “nóng” chúng em trước bước vào đời Chính “nóng” mà chúng em, có thành công định câu mà ông bà ta nói “ lửa thử vàng, gian nan thử sức” Để đạt thành công ấy, chúng em giúp đỡ trân trọng đáng quý người xung quanh Đầu tiên, em xin gửi lời trân trọng đến với gia đình giúp đỡ em năm đại học mà cịn 12 năm học trước Gia đình cịn nơi dựa vững để em dựa vào để đứng lên, tiếp gặp khó khăn Tiếp theo, em xin chân thành gửi lời cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Phúc người trực tiếp hướng dẫn em suốt trình thực đề cương luận văn Thầy tạo điều kiện mơi trường làm việc thuận lợi giúp em hồn thành tốt mục tiêu luận văn đề Ngoài ra, em thật biết ơn thầy cô giáo khoa Điện - Điện Tử Đặc biệt thầy cô môn thiết bị điện giảng dạy chu đáo, cung cấp kiến thức tảng chuyên sâu năm học, góp phần quan trọng để chúng em hồn thành tốt luận văn, tạo cảm hứng cho thành công đường nghiệp sau Bên cạnh đó, kiến thức chun mơn cịn giới hạn nên việc thực đề tài không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận xem xét, đánh giá q thầy để em hiểu thiếu sót luận văn để hồn thành thật tốt kiểm tra cuối quãng đời sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 01 năm 2021 Sinh viên Tạ Nguyên Bảo TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngành lượng mặt trời ngành phát triển giới Năng lượng mặt trời nguồn lượng vô tận để khai thác sử dụng hiệu Đặc biệt, Việt Nam quốc gia thích hợp để phát triển ngành cơng nghiệp điện mặt trời, mang lại hiệu kinh tế cao nguồn lượng gây nhiễm môi trường Trong khuôn khổ báo cáo luận văn trình bày vấn đề sau : - Tổng quan lượng mặt trời (lịch sử phát triển, tình hình phát triển điện mặt trời nước, giới thiệu hệ thống điện mặt trời hịa lưới, ) - Các bước tính tốn thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái công suất 1MWp - Vẽ mặt hệ thống PVsyst SketchUp, vẽ cách lắp đặt pin, lắp đặt inverter, sơ đồ dây sợi - Thực mô hệ thống đánh giá ảnh hưởng bóng che lên hệ thống - Tính tốn chi phí vịng đời dự án mặt trời lắp đặt MỤC LỤ LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG MỤC LỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1TỔNG QUAN VỀ N 1.2LỊCH SỬ HÌNH THÀ 1.3TIỀM NĂNG PHÁT 1.4CÁC LOẠI CƠNG N 1.5 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HỊA LƯỚI 1.6 MỘT SỐ PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 1.6.3 Phần mềm AutoCAD CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI MWP 2.1GIỚI THIỆU NHÀ M 2.2CHỌN TẤM PIN CH 2.2.1 2.2.2 2.3 CHỌN INVERTER C 2.3.1 2.3.2 2.4 CÁCH LẮP ĐẶT TẤ 2.4.1 2.4.2 2.5 LẮP ĐẶT GÓC NGH 2.6 THIẾT KẾ DÂY DẪ 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7 CHỌN MÁNG CÁP 2.8 THIẾT KẾ CHỐNG 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.9 CHỌN THIẾT BỊ BẢ 2.9.1 2.9.2 MCCB 2.10 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG MWP CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BẰNG PVSYST VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BÓNG CHE LÊN HỆ THỐNG 3.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM PVSYST 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ BẰNG CHI PHÍ VỊNG ĐỜI (LIFE CYCLE COSTING ) 4.1 TỔNG QUÁT 4.2 CHI PHÍ ĐẦU TƯ C 4.3 CHI PHÍ VẬN HÀN 4.4 DOANH THU DỰ ÁN 4.5 THỜI GIAN HÒA VỐN (CPBT) VÀ ĐIỂM HÒA VỐN (BEP) 4.6 TIỀN ĐIỆN VÀ LỢ CHƯƠNG 5: SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT DỰ ÁN 5.1 TỔNG QUAN 5.2 SO SÁNH VÀ NHẬ CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 KẾT LUẬN 6.2 KHÓ KHĂN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Bảng 1: Các mốc lịch sử phát triển lượng mặt Bảng 2: Bức xạ mặt trời khu vực Việt Nam Bảng 3: Một số nhà máy lượng mặt trời Việt Nam YBảng pin Bảng 2: Số ngày bắt đầu tháng Bảng 3: Chọn kích thước cho dây DC AC Bảng 4: Bảng thông số dây dẫn DC Bảng 5: Xác định chữ Bảng 6: Chọn loại cáp Bảng 7: Chọn K1 Bảng 8: Chọn K2 Bảng 9: Chọn K3 Bảng 10: Chọn K4 Bảng 11: Chọn tiết diện Bảng 12: Thông số chọn tiết diện dây dẫn AC Bảng 13: Độ sụt áp cho phép Bảng 14: Kiểm tra sụt áp dây DC Bảng 15: Số K tương ứng với tiết diện dây Bảng 16: Kiểm tra sụt áp dây AC Bảng 17: Chọn dây PE dây trung tính N [19] Bảng 18: Tiết diện dây PE Bảng 19: Máng cáp với số sợi Bảng 20: Chọn cáp cho dây AC DC, chiều dài máng cáp Bảng 21: Tiết diện tối thiểu dây thoát sét Bảng 22: Trị số điện trở suất p đất Bảng 23: Hệ số thay đổi điện trở suất đất theo mùa Bảng 24: Công thức tính điện trở nối đất kiểu nối đất Bảng 25: Hệ số sử dụng nc cọc chôn thẳng đứng nth nối cọc Bảng 26: Điện trở điện kháng cho dây dẫn Bảng 27: Điện trở điện kháng cần tìm Bảng 28: Tính dịng ngắn mạch Bảng 29: Trip unit Micrologic 2.0 Bảng 30: Trip unit TM-D Bảng 31: ICU NS1600 Bảng 32:ICU NSX Bảng 33: Chọn MCCB cho hệ thống YBảng 1: Thống kê sản lượng hệ thống với góc nghiêng khác nhau… .88 YBảng Bảng 2: Giá cọc tiếp địa Bảng 3: Giá cáp trần Bảng 4: Bảng giá chi tiết hệ thống Bảng 5: Tổng doanh thu hệ thống 25 năm Bảng 6: Thời gian hoàn vốn (CPBT) Bảng 7: Tỷ lệ tiết kiệm nhà máy YBảng Bảng 2: Hiệu suất giảm theo năm pin dự án YHình 1: Các nguồn lượng tái tạo Trái đất theo năm Hình 2: Bài báo quảng cáo cho pin mặt trời hồn thiện Hình 3: Dự đoán phát triển nguồn lượng tương lai Hình 4: Nhà máy điện mặt trời Noor Abu Dhabi lớn giới Hình 5: Biểu đồ phân bố xạ mặt trời Việt Nam (Nguồn: SolarGIS) Hình 6: Cơng suất lắp đặt dự kiến Hình 7: Nhà máy điện mặt trời hồ Đa Mi (Bình Thuận) Hình 8: Inverter chuỗi Hình 9: Micro Inverter Hình 10: Inverter chuỗi kết hợp tối ưu hố Hình 11: Nguyên lý hoạt động hệ thống Hình 12: Giao diện PVsyst Hình 13: Giao diện Grid-Connected Hình 14: Giao diện Databases Hình 15: Giao diện SketchUp Hình 16: Giao diện AutoCAD YHình Nhất Hình 2: Pin Mono pin Poly Hình 3: Giải thưởng pin Jinko Hình 4: Sơ đồ khối inverter Hình 5: Thơng số inverter-1 Hình 6: Thơng số inverter-2 Hình 7: Mái nhà máy sữa Thống Nhất Hình 8: Kích Thước nhà máy Thống Nhất đo PVWatts Hình 9: Mặt mái dự án Hình 10: Hướng nghiêng dự án Hình 11: Cách nối tiếp pin string Hình 12: Mặt bố trí pin AutoCAD Hình 13: Mặt chiếu đứng dự án Hình 14: Mặt bố trí pin thực tế SketchUp Hình 15: Lắp đặt pin thực tế Hình 16: Bố trí inverter nhà Hình 17: Chi tiết lắp đặt 16 inverter Hình 18: Chi tiết lắp đặt inverter máng cáp Hình 19: Quỹ đạo Trái Đất năm Hình 20: Vị trí mặt trời năm Hình 21: Bảng quy định dây inverter Hình 22: Bố trí máng cáp cho dây DC AC Hình 23: Sơ đồ nối đất TNC-S Hình 24: Ground Clip Hình 25: Quy tắc đấu nối dây cơng trình khơng có hệ thống cột thu sét Hình 26: Bãi tiếp địa 10 (Ω) Hình 27: Bãi tiếp địa (Ω) Hình 28: Cầu chì inverter Hình 29: Cách tính R X cho dây [19] Hình 30: Sơ đồ nguyên lý Hình 31: Sơ đồ nguyên lý YHình án Hình 2: Khai báo thông số import liệu khí tượng Hình 3: Dữ liệu khí tượng dự án Hình 4: Đặt tên dự án chọn ví trí khí tượng Hình 5: Thực lưu dự án 4.2 Chi phí đầu tư cho thiết bị 4.2.1 Chi phí pin lượng mặt trời Hình : Giá pin JINKO SOLAR JKM350M72 1Wp có giá 0.23 $ [31] (tham khảo từ hình 4.1) pin lượng mặt trời JINKO SOLAR JKM350M-72 350 Wp có giá: 0.23*350* 23208.50 = 1,868,284 VNĐ Giá sau thuế giá phát sinh pin: 2,500,000 VNĐ Chi phí hệ thống gồm 2880 pin: 2,500,000*2880 = 7,200,000,000 VNĐ 4.2.2 Chi phí cho inverter ABB TRIO-50.0-TL-OUTD Hình : Giá inverter Giá inverter 164,086 rph≈137,000,000 VNĐ [32] (hình 4.2) Giá sau thuế phát sinh: 178,000,000 VNĐ Chi phí 16 inverter hệ thống dùng là: 2,848,000,000 VNĐ 4.2.3 Chi phí cho dây cáp DC từ pin inverter Ta có giá dây dẫn DC 0.6 $/1m [31] Hình : Giá cáp điện DC 4mm2 1$ = 23,161.50 VNĐ Giá sau thuế phát sinh: 0.78 $/1m Hệ thống dùng 42240 m dây là: 42240*0.78 = 32947.2 $ = 763,106,573VNĐ 4.2.4 Chi phí cho dây cáp AC Giá dây cáp AC tham khảo từ bảng giá dây cáp điện cadivi hình 4.4 hình 4.5 Từ inverter tủ MDB Hình : Giá cáp điện Chi phí cho 1m dây 16mm2là: 55,330 VNĐ Hệ thống dây AC từ inverter tủ MDB: 64 * 55,330 * 30 = 106,233,600 VNĐ Từ tủ MDB tủ MSB: Hình : Giá cáp điện Chi phí cho 1m dây 3*185mm2là: 1,548,690 VNĐ [33] Hệ thống dây AC từ tủ MDB MSB: * 1,548,690 * 20 = 123,895,200 VNĐ 4.2.5 Chi phí cho máng cáp Đối với chi phí máng cáp, ta sử d Bảng : Bảng giá máng cáp tính Hàng 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 TT Từ Inverter đến MDB (1) Từ MDB đến MSB (2)  Tổng chi phí cho máng cáp hệ thống là: 119,726,200 VNĐ 4.2.6 Chi phí cho rail Ở hình 4.6, thấy khung với rail 4.2m có giá 450,000 VNĐ (cộng loại phụ kiện) Hình : Giá rail [35] Với chiều dài string lắp đặt: Ld = 18.706 m string cần dùng thanh: * 18.706 = 37.412 m Tổng chiều dài cần dùng: 37.412 * 32 = 1197 m Dự phòng: 100 m Tổng chiều dài cần dùng cho hệ thống: 1197 + 100 = 1297 m Số rail cần dùng: 1297 4.2 = 309 Tổng chi phí cho rail dùng hệ thống: 309 * 450,000 = 139,050,000 VNĐ 4.2.7 Chi phí cho MCCB  Hệ thống dùng 16 MCCB loại NSX100B Chi phí cho MCCB NSX100B: 4,884,000 VNĐ Hình : Giá MCCB Tổng chi phí cho 16 MCCB NSX100B trước thuế: 78,144,000 VNĐ Tổng chi phí cho 16 MCCB NSX100B sau thuế: 85,958,400 VNĐ  Hệ thống dùng MCCB loại NS1600, 1600A, 70kA Chi phí cho MCCB NS1600, 1600A, 50kA: 222,674,100 VNĐ [36] Hình : Giá MCCB Chi phí cho MCCB NS 1600 sau thuế: 244,941,510 VNĐ 4.2.8 Chi phí nối đất Cọc nối đất: cọc tiếp địa thép mạ đồng dài 2.4m có giá[37]: 273,750 VNĐ Bảng : Giá cọc tiếp địa Hệ thống dùng 15 cọc tiếp địa cho bãi tiếp địa: 15 * 273,750 = 4,106,250 VNĐ Cáp thép trần 70mm2: 1kg dây 70 mm2 = 1.6m có giá [38]: 54,505 VNĐ Bảng : Giá cáp trần Hệ thống dùng 65m dây: 2,214,266 VNĐ 4.2.9 Tổng chi phí đầu tư cho phần thiết bị Bảng : Bảng giá chi tiết hệ thống STT Tổng giá (VND) 10 11 TỔNG CHI PHÍ (VNĐ) Tổng chi phí lắp đặt ban đầu hệ thống 11,637,231,999 VND Lưu ý: Các giá vật tư mang tính tham khảo số giá lấy từ trang web nước số trang web có sẵn nên khơng biết mua giá có web ghi khơng (mặc dù tính tính dư phần để bù trừ), có chênh lệch giá có linh kiện kèm theo 4.3 Chi phí vận hành bảo trì hệ thống điện mặt trời Vận hành bảo trì có tên tiếng anh “Operation & Maintenance”, viết tắt O&M O&M hiểu dịch vụ tiếp quản, theo dõi, chăm sóc cơng trình nhà máy, thực cơng việc giám sát, vận hành bảo dưỡng tất loại hệ thống, máy móc, thiết bị nhằm đảm bảo cho hoạt động nhà máy, cơng trình,… vận hành cách trơn tru xuyên suốt Các hệ thống điện mặt trời thường có tuổi thọ dài từ 20-25 năm dẫn tới việc hệ thống điện mặt trời công suất nhiều MWp hệ thống dân dụng vài KWp phải đối mặt với hư hại theo thời gian pin, inverter, khung lắp đặt hay cáp điện, Cũng có nhiều dự án hệ thống điện mặt trời có mối quan tâm lớn việc tối ưu chi phí vận hành giai đoạn hoạt động Do đó, dự án điện mặt trời cần phải bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên để đảm bảo cho hệ thống vận hành liên tục, hạn chế tối đa loại rủi ro xảy hệ thống mặt trời Chi phí O&M dự án luận văn 1% so với tổng chi phí lắp đặt ban đầu [29][30] Chi phí O&M hệ thống vòng 25 năm là: CO&M = 1% * 11,637,231,999 * 25 = 2,909,308,000 (VNĐ) Chi phí O&M dự án 2,909,308,000 VNĐ 4.4 Doanh thu dự án Dùng phần mềm PVsyst, ta tính sản lượng điện, hiệu suất hệ thống hệ thống điện mặt trời dự án cung cấp vịng 25 năm (hình 4.9 hình 4.10) Hiệu suất hệ thống giảm dần hiệu suất pin giảm 0.67% - năm (theo datasheet pin), tổn thất toàn hệ thống hệ thống bị “lão hóa” theo thời gian Sau dùng phần mềm Pvsyst tính qua tổn hao, ta có sản lượng 25 năm Từ đó, tính doanh thu dự án luận văn thể chi tiết bảng 4.5 Hình : Chi tiết sản lượng điện dự án 25 năm Hình : Biểu đồ thể sản lượng điện hệ thống 25 năm Doanh thu dự án qua năm là: Bảng : Tổng doanh thu hệ thống 25 năm Năm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Hiệu suất dự án cao 79.7% (năm 1) giảm dần qua năm Đến năm thứ 25 hiệu suất 51% Tổng doanh thu hệ thống 25 năm 45,580,315,500 VNĐ 4.5 Thời gian hòa vốn (CPBT) điểm hòa vốn (BEP) Thời gian hoàn vốn (CPBT- viết tắt Cost Pay Back Time ) khoảng thời gian cần thiết để dự án tạo doanh thu số vốn đầu tư ban đầu để thực dự án Điểm hòa vốn (BEP- viết tắt Break Even Point) điểm mà tổng chi phí tổng doanh thu nhau: khơng có lỗ lãi rịng doanh thu "hịa vốn" Cơng thức tính chi phí vịng đời (LCC) thời gian hòa vốn (CPBT)[29]: LCC = 25 * (CINSTALLATION + CO&M) CPBT = LCC / ( ΣCREVENUE) Bảng : Thời gian hoàn vốn (CPBT) Năm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Tổng Dựa theo công thức (4.3) (4.4), tính bảng 4.6 Dễ dàng thấy thời gian hòa vốn (CPBT) 7.98 năm (7 năm 11 tháng 23 ngày) Hết năm đầu tiên, ta nợ 12,329,109,999 (VNĐ) so với vốn ban đầu lắp đặt & chi phí bảo trì 14,546,539,999 (VNĐ), đến năm thứ sáu khoảng nợ 1,699,129,999 (VNĐ) cuối đến năm thứ 7, hòa vốn bắt đầu lãi 325,480,001 (VNĐ) Đến năm 25, sau trừ hết tất khoảng chi phí, tổng lợi nhuận 31,033,775,501 (VNĐ) Sau có thời gian hịa vốn, lập biểu đồ thể điểm hòa vốn BEP để người đầu tư dễ dàng biết thời gian bắt đầu hòa vốn mức tổng lợi nhuận hệ thống thời gian hoạt động ... tình hình phát triển điện mặt trời ngồi nước, giới thiệu hệ thống điện mặt trời hòa lưới, ) - Các bước tính tốn thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái công suất 1MWp - Vẽ mặt hệ thống PVsyst SketchUp,... mặt trời Phước Hữu Nhà máy điện mặt trời Cam Lâm Dự án điện mặt trời Trung Nam Nhà máy điện mặt trời Xuân Thọ Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng Nhà máy điện mặt trời. .. inverter: n= 10 8 55 ≤ 11 .3 (string)  Ta chọn 10 (strings) ≤ 11 .3 < 12 (string) => thỏa  Số inverter cần: n = 16 0 10 = 16 (inverter) Dòng lớn hệ thống PV: (2 .10 ) Imax = IscPV * 10 = 9.55 *10 = 95.5